¿Cuál es el propósito de usar MOSFET en lugar de diodo de rueda libre en la topología Buck?

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Los diodos con polarización directa no son perfectamente conductores; hay una caída de tensión de 0,7 V (0,3 V para Schottky) entre ellos. A altas corrientes, esto da como resultado una alta disipación de potencia a través del diodo. Los diodos de alta corriente también pueden tener un tiempo de recuperación más prolongado.

Cuando el MOSFET inferior está encendido, la corriente fluye a través de él en lugar del diodo del cuerpo. Los MOSFET se seleccionan para Rdson bajo (en resistencia), por lo que se disipa el mínimo de energía en el MOSFET.

Además de una mejora en la eficiencia, probablemente la razón más importante para tener un MOSFET de "sincronización" es que el conmutador no entrará en modo discontinuo (ráfaga) con tanta frecuencia. El modo de ráfaga se produce en cargas ligeras porque la energía mínima por ciclo que se puede transferir es superior a las demandas de carga.

Esto sucede mucho en cargas variables o cuando los voltajes de suministro entrantes están al máximo. Causa un voltaje de ondulación significativamente mayor en la salida. Un circuito de conmutación no síncrono tendrá un ciclo de trabajo mínimo en funcionamiento continuo antes de entrar en funcionamiento discontinuo; no hay opción; no puede seguir suministrando energía en exceso a la carga o el voltaje de salida aumentará significativamente.

En un circuito de conmutación síncrono, debido a que el exceso de energía puede eliminarse del condensador de salida durante todo el período de tiempo que el MOSFET de paso en serie está apagado, no es necesario que el circuito síncrono entre en funcionamiento discontinuo. Algunos dispositivos le darán la opción de ingresar al modo discontinuo porque puede haber algunos ahorros de energía en cargas livianas, pero esa es una característica impulsada por el cliente/proveedor.

Esto significa que casi se garantiza que el voltaje de ondulación de salida de pico a pico sea significativamente menor cuando se usa una topología síncrona en casi todas las aplicaciones. Esto, junto con las eficiencias en la región del 95 % (por ejemplo, los reguladores reductores), la convierten en la topología de elección en la actualidad.